[发明专利]一种直升机波形梁以及波形梁波纹段的设计方法

说明书

本发明属于飞行器基础应用领域，具体涉及一种直升机波形梁以及波形梁波纹段的设计方法。在复合材料波形梁结构的薄弱环节设计成结构两端与凸缘之间小圆弧过渡形式，并在围绕腹板一周少铺一层复合材料，可以保证结构的初始破损从端部开始；波形梁的波形段间隔处可设置平直段用于设备安装接口，并且波形段以三波为一组，保证良好的压溃性能，具有较高的材料比吸能能力。

技术领域

本发明属于飞行器基础应用领域，具体涉及一种直升机波形梁以及波形梁 波纹段的设计方法。

背景技术

当直升机发生意外事故坠毁时，需要利用机身抗坠毁结构吸收坠撞能量和 降低坠撞冲击时的峰值载荷，从而达到挽救乘员生命的目的。

传统的直升机结构通过设计机身下构件金属结构进行坠撞冲击吸能设计， 或是采用简单采用复合材料结构构型设计达到吸能目的。但对于传统金属结构 抗坠撞冲击设计，设计结构普遍偏重，而由于复合材料为脆性材料，材料自身 的能量吸收能力相对比较弱，对于一般复合材料构型设计又难以实现较好的吸 能效果。

发明内容

本发明的目的：提供一种直升机波形梁以及波形梁波纹段的设计方法，本 发明的波形梁具有较好的吸能效果且降低坠撞峰值载荷，保护乘员安全。同时 腹板不易失稳破坏，梁结构刚度好，有结构重量轻，制造简单，成本低等特点。

本发明的技术方案：

第一方面，提供一种直升机波形梁，包括：上缘条板1、波纹腹板2、下缘 条板3以及填充丝4，其中，波纹腹板2的一端与上缘条板1连接，波纹腹板2 的另一端与下缘条板3连接，填充丝4设置在波纹腹板2与上缘条板1的连接 拐角处以及波纹腹板2与下缘条板3的连接拐角处，

上缘条板1、下缘条板3与腹板2之间的贴合面通过与上缘条板1和下缘 条板3的材料相同的材料布搭接并进热压炉共固化形成整体结构，

波纹腹板2包括波纹段和平直段。

可选地，填充丝4为聚苯乙烯泡沫塑料板材和碳丝。

第二方面，提供一种直升机波形梁波纹段的设计方法，其特征在于，包括：

根据直升机总体布置确定梁高度值L；

根据所述高度值L计算波形梁的高度波幅比和波长波幅比；

根据高度波幅比和波长波幅比确定波幅A和波长λ；

将波纹腹板圆角半径R的初始值设置为波幅A，根据梁高度值L、波幅A、 波长λ、圆角半径R的初始值建立波形梁结构实体模型，然后确定材料的属性， 利用材料属性对波形梁结构实体模型进行有限元仿真得到载荷－时间曲线、能 量-时间曲线；

根据载荷－时间曲线、能量-时间曲线，利用比吸能计算式计算出比吸能；

按照预定步长，对圆角半径R进行迭代求解比吸能值最大的R解；

根据所述梁高度值L、波幅A、波长λ和最大的R值确定波形梁结构。

可选地，根据所述高度值L计算波形梁的高度波幅比和波长波幅比，具体 包括：

将波形梁的波形简化为三角波；

根据惯量矩定义式，通过运算得到关系式(1)：

其中，f₁为过程函数，δ为波纹梁厚度，A为三角波幅，λ为三角波波长；

根据公式(2)，

L/ρ＜20(2)，

得到公式(3)：